基于PLC的温度保险丝自动上料机的设计.pdf

第 4期 2 0 1 5年 4月 组 合 机 床 与 自动 化 加 工 技 术 M o d u l a r M a c hi n e To o l＆ Au t o m a t i c M a n uf a c t ur i ng Te c h n i qu e No． 4 Apr ．2 01 5 文章编 号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 5 0 4 0 1 1 5 04 D O I 1 0 ． 1 3 4 6 2 ／ j ． c n k i ． mm t a mt ． 2 0 1 5 ． 04 ． 0 3 0 基于 P L C的温度保险丝 自动上料机的设计 王 由伟 ， 邱 自学 ， 王 国伟 1 ． 南通大学 机械 工程 学院， 江苏 南通 2 2 6 0 1 9； 2 ． 苏州 方林科 技股份 有 限公 司， 江 苏 苏州 2 1 5 4 0 0 摘要 温度保险丝 自动上料机是一种在 电池保护器生产过程 中， 替代人 工将温度保 险丝摆放 到治具 上 以进行下一步生产的设备 。文章根据温度保险丝的特殊结构 ， 对上料机进行 了系统的设计 。 自动 上料机主要 由送料装置、 温度保险丝方向辨别装置、 凸轮机械手组成。实现 了将无序 的温度保险丝 按照规定状态有序地输出并准确摆放到治具上的 目的， 提 高了产品生产效率和合格率。 关键词 P L C； 温度保险丝 ； 自动 ； 上料机 中图分类号 T H1 3 2 ； T G 5 0 6 文献标识码 A Th e De s i g n o f Th e r m a l Fu s e Au t o m a t i c Fe e d i ng M a c h i ne Ba s e d o n PLC WA N G Y o u w e i ． Q I U Z i ． x u e ， WA N G G u o ． w e i 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， Na n t o n g Un i v e r s i t y ， N a n t o n g J i a n g s u 2 2 6 0 1 9， C h i n a ； 2 ． S u z h o u F a n g L i n T e c h n o l o g y C o ．L t d ， S u z h o u J i a n g s u 2 1 5 4 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e r ma l f us e a u t o ma ti c f e e d i n g ma c h i n e i s t h e s u b s ti t u t i o n o f a r t i fic i a l p u t ti n g t h e r ma l f u s e i n t o the f i x t u r e f o r t h e n e x t s t e p i n e l e c t r o n i c ma t e dals ．Ac c o r d i n g t o the s p e c i a l s t r u c t u r e o f e l e c tro n i c ma t e r i a l s， a s y s t e m fo r the f e e d i n g ma c h i n e i s d e s i g n e d．Au t o ma t i c f e e d i n g ma c hin e c o n s i s t s o f f e e d i n g me c h a ni s m ， the d e v i c e t o i d e n t i f y t h e d i r e c t i o n o f the rm a l f u s e an d c a m r o b o t ．Ac hi e v i n g the g o a l o f p u t t i n g d i s o r d e r e d the r ma l f u s e i n t o t h e fi x t u r e a c c u r a t e l y a n d o r d e r l y，a n d i mp r o v i n g the e ffi c i e n c y a n d p a s s i n g r a t e o f the p r o d u c t ． Ke y wo r d sP LC ； the rm a l f u s e； a u t o ma t i c； f e e d i n g ma c h i n e 0 引言 温度保险丝是电池保护器中的关键部件， 目前， 一 般采用 电阻电焊的方式将电池保护器的各个部件连接 起来。在现有的技术中， 需要通过人工将温度保险丝 以规定 的状态逐个放置在点焊治具上。由于温度保险 丝的结构相当小 ， 并且需要人工来识别温度保险丝是 否以规定的状态放置在点焊治具上 ， 从而对一线操作 工的摆放熟练度提出了较高的要求。由于操作工劳动 一 段时间后会产生疲劳， 例如 眼花、 精神状态欠佳 ， 从而使得操作工有可能将所述温度保险丝以错误的状 态放置在点焊治具上 ， 进而造成温度保险丝报废 ， 降低 了产品合格率。本文设计的自动上料设备明能够将无 序的温度保险丝按照规定状态有序地输 出并准确摆放 到治 具上 。 1 系统原理 自动上料机是将温度保险丝通过机械手搬运至治 具上进行下一道工艺加工 ， 自动上料机为满足插件部分 的需要 ， 应实现温度保险丝的散料排序、 温度保险丝方 向辨别 、 自动上料等功能 ， 并且 自动上料机上料速率应 满足 1 8 0 P C S ／ m i n 。整 个 控制 系统 主要 由智能 相机 、 欧 姆龙的 P L C 、 伺服电机驱动器以及 P L C与驱动器的接口 电路、 执行机构等组成。其工作流程如图 1 所示。 图 1工作流程图 收稿 日期 作者简介 王由伟 1 9 8 9 一 ， 男， 江苏盐城人 ， 南通大学硕士研究生 ， 研究方 向为机电一体化装备及测控技术， Em a i l w a n g y w 1 8 s i n a ． c n ； 通讯 作者 邱 自学 1 9 6 3 ～ ， 男 ， 江苏南通人， 南通大学教授， 博士 ， 研究方向为机 电一体 化装备及测控技术 、 信号获取与处理 、 结 构健康监 测 ， Em ail q i u ． z x n t u ． e d u ． e ft 。 2 0 1 5年 4月 王 由伟 ， 等 基于 P L C的温度保 险丝 自动上料机 的设计 1 1 7- 2 旋转装置的设计 旋转装置结构如图 6所示 ， 智能相机实时获取仿 形槽 2中温度保险丝表面图像 ， 若温度保险丝弯曲状 端子未置 于规定方 向， 智能相机将信号传送 回 P L C， P L C发出信号 ] ， 电磁 阀控制旋转气缸旋转 1 8 0 。 ， 从 而实现温度保险丝置于规定方向。 图 6 旋转装置 3 翻面装置 的设 计 翻面装置如图7所示， 旋转气缸通过联轴器将动 力输出给主轴并带动主轴旋转 ， 主轴带动两套滚轮推 杆组件一起旋转 ， 进而带动放置在仿形槽 3内的温度 保险丝旋转 ， 从而调整温度保险丝 的位置和方向。由 于凸轮的凸轮端面为位置有高低不 同的弧面 ， 并且主 轴和凸轮均轴 向固定， 凸轮 同时径 向固定 ， 主轴旋转 时， 滚轮会沿着 凸轮端面上滚动。当其 中一个滚轮滚 动到所述凸轮端面的最高点时 ， 另一个滚轮则滚动到 所述凸轮端面上的最低点， 反之亦然。 当其中一个滚轮滚动到所述凸轮端面上的最高点 时 ， 该 滚轮所 在的推杆 上的弹簧 被压缩 ， 推杆将沿 主轴 的轴线方向移动并向联轴器方 向靠近 ， 同时推杆具有 弹簧的一端将随着滚轮升至凸轮端面上的最高点而远 离所述仿形槽 3 ， 此时位于仿形槽 3内的温度保 险丝 将随之露出。与此同时 ， 另一个滚轮处于凸轮端面上 的最低点 ， 该滚轮所在的推杆上的弹簧将会收缩 ， 从而 将推杆拉到所述仿形槽 3处 ， 并使推杆上具有弹簧 的 一 端盖住所述仿形槽 3 ， 并对放置在所述仿形槽 3内 的温度保险丝起承托作用 ， 使得温度保险丝不会从所 述仿形槽 3内脱出。这样 ， 在主轴旋转的时候， 放置在 仿形槽 3内的温度保险丝将随所述主轴一起转动 ， 从 而实现了温度保险丝 的位置的翻转 ， 使得温度保险丝 处于 正确 的加 工位置 。 图 7 翻面装置 3 ． 3凸轮机械手的设计 凸轮机械手包括三个机械手臂及真空吸嘴两个部 分， 如图 8 所示， 第一机械臂、 第二机械臂、 第三机械臂 上的真空吸嘴分别用于将位于仿形槽 1 、 仿形槽 2 、 仿 形槽 3内的温度保险丝吸住。然后 ， 机械手逆时针转 动， 使得第一机械臂、 第二机械 、 第三机械臂分别位于 所述仿形槽 2 、 仿形槽 3 、 治具的正上方。接着， 分别位 于所述第一机械臂 、 第二机械臂、 第三机械臂上的真空 吸嘴将会将各 自吸附的温度保险丝分别放到所述仿形 槽 2 、 仿形槽 3 、 治具上。 图8凸轮机械手 4 控 制系统的总体设计 4 ． 1控制系统要求 该控制系统 由可编程控制器 P L C及输入输出模 块 、 触摸屏和常规继电器等元件组成 ] ， 实现功能有 1 系统工作模式 设置三种可相互切换的工作 模式 ， 包括手动工作模式 、 单步工作模式和 自动工作模 式 ， 单步工作模式和手动工作模式主要用于 自动上料 机的检测、 调试及单个动作的执行 ， 自动工作模式主要 用于实际的生产过程 ， 实现 自动上料机控制系统 中各 运动部件的协同运动。 2 故障检测报警功能 自动上料机控制系统应 能够 自动检测各个传感器是否出现故障； 能够检测送 料轨道上是否有障碍； 能够检测各主要执行装置动作 后是否回归到位等 ， 当出现异常时， 系统能 自动报警并 停机， 同时触摸屏上显示相应的报警提示。 3 暂停功能 自动运行过程中， 可随时点击暂停 键停止动作。 4 急停功能 发生异常情况时按下急停键， 停止 所用动作。 4 ． 2控制系统整体结构设计 控制系统采用 P L C P r o g r a mm a b l e L o g i c C o n t r o 1 ． 1 e r 作 为控制 中心 ， 接收来 自光 电传 感 器 、 磁性 开 关 、 电机编码器 、 智 能相机等数据信息 ， 并对其 进行 分析处理 ， 给伺服 电机 、 电磁 阀等 执行元 件发 出执 行信号 。 根据 自动上料机的工艺流程可知 ， 生产线控制系 统的功能主要包括伺服控制、 气动控制 、 人机界面、 故 障诊断等。这些功能都是通过控制核心 P L C来完成 ， 整个 电气控制框图如图 9所示。 1 1 8 组合机床与自动化 j n - r 技术 第 4期 输入模块 操作按钮 振动料盘传感器 直线送料传感器 智能相机 旋转气缸磁感应开关 P L C HM1 人机界面 输 出模块 X - Y 机械手步进马达驱动器 凸轮机械手伺服马达驱动器 第一旋转气缸电磁阀 第二旋转气缸电磁阀 料斗步进马达驱动器 旋转分离装置步进马达驱动器 振动料盘及直线送料器控制器 图9 控制系统结构图 5 安装及调试 图 1 0 目动 上料 机 的 买物 图 完成 自动上料机机械装配、 伺服电机、 光纤传感器 安装 以及 P L C控制线路连接后， 进行大量 的系统调 试。比如检查光纤传感器的位置是否最佳 ， 调整好各 驱动元件的速度， 各执行元件的协调性。图 1 0是温度 保险丝 自动上料机的实物图。在调试过程 中， 发现振 动盘及直线 振动送料 器 经常 出现 卡料 的情 况 ， 在 对 振 动盘振动轨道及直线振动送料器振动轨道进行优化 后， 卡料的情况基本不出现。 经过不断的调试 ， 有效解决 了上料过程 中经常出 现的卡料 、 停机等问题 ， 进一步改善了系统的结构设 计 ， 提高了系统整体性能。 6 结论 本文开发 出一套针对温度保 险丝 的 自动上料设 备。该设备具有以下特点 1 搬运效率高， 人工上料速率为 1 0 0 p c s ／ m i n ， 自 动上料机上料速率为 1 7 5～1 8 5 p c s ／ m i n ， 自动上料机上 料速率约比人工上料速率提高了一倍 ； 2 合格率高 ， 人工上料合格率为 9 0 ％ ， 而 自动 上料机上料合格率可达到 9 9 ％； 3 自动化程度高， 节约人力 ； 4 采用 P L C控制 ， 动作可靠 ， 操作简单。 [ 参考文献] [ 1 ]程仲文．晶振 4 9 S ／ 4 9 U全 自动激光打标送料机的设计 [ J ] ．组合机床与 自动化加工技术， 2 0 1 2 1 1 9 0 9 2 ． [ 2 ]叶峰 ， 骆安林． 基 于 D S P的嵌 人式 智能 相机 的研 究 [ J ] ． 现代 电子技术 ， 2 0 1 3 2 5 3 5 6 ． [ 3 ] 吴冬春 ， 李金友．基于模糊控制的焊缝 自动跟踪系统的设 计[ J ] ．组合机床与自动化加工技术， 2 0 1 1 6 7 3 7 6 ． [ 4 ]乔凤斌 ， 张松， 郭立杰．基于机器视觉的枪式微型电阻焊 接系统设计与应用 [ J ] ． 组合机床与 自动化加工技术， 2 0 1 3 4 8 68 8 ， 9 2 ． [ 5 ]王时军．欧姆龙 P L C[ M] ．北京 机械工业 出版社， 2 0 09． [ 6 ]王淑旺， 顾立才， 张定 ， 等．基于 P L C和触摸屏的车身总 装夹具控制系统设计[ J ] ．组合机床与 自动化加工技术， 2 0 1 2 1 7 4 7 6 ， 8 0 ． [ 7 ]黄剑， 姜淑忠， 李小海．基于 P L C的螺纹管自动加工控制 系统设计[ J ] ．组合机床与 自动化加工技术 ， 2 0 1 3 1 7 7 7 9． 8 4． [ 8 ]江卫华， 阎东．基于 P L C控制的石墨喷涂机定位系统的 设计 [ J ] ．组 合机 床与 自动 化加工 技术 ， 2 0 0 9 9 525 5． [ 9 ]荀群德， 杨超君 ， 王宏睿， 等．基于 P L C的六工位组合机 床的控制系统设计 [ J ] ．组合机床与 自动化加工技术， 2 0 0 9 7 5 3 5 6 ． 编辑赵蓉 上接 第 1 0 7页 [ 4 ]V I C K E R S G W，B R A D L E Y C ．C u r v e d s u r f a c e ma c h i n i n g t h r o u g h c i r c u l a r are i n t e r p o l a t i o n [ J ] ．C o m p u t e r i n I n d u s t r y ，1 9 9 2 ， 1 9 3 3 3 2 93 3 7 ． [ 5 ]E R K O R MA Z K， A L T I N A S Y ．H i g h s p e e d C N C s y s t e m d e s i g h p a r t I I Mo d e l i n g a n d i d e n t i f i c a t i o n o f f e e d d ri v e s [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Ma c h i n e T o o l s a n d Ma n u f a c t u r e ， 2 0 0 1 ， 4 1 8 1 4 8 71 5 0 9 ． [ 6 ]叶佩青，赵慎 良 微小线段的连续插补控制算法研究 [ J ] ．中国机械工程， 2 0 0 4 ， 1 5 1 5 1 3 5 4 1 3 5 6 ． [ 7 ]H O M C ， HWA N G C H， H U C H．F i v e a x i s t o o l o ri e n t a t i o n s m o o t h i n g u s i n g q u a t e r n i o n i n t e rpo l a t i o n a l g o r i t h m[ J ] ．I n t e rna t i o n a l J o u r n a l o f Ma c h i n e T o o l s a n d Ma n u f a e t u r e ， 2 0 0 3 ， 4 3 1 2 1 2 5 91 2 6 7 ． [ 8 ]张小明，朱利民，丁 汉 ，等．五轴加工刀具姿态球面 N U R B S曲线设 计 及优 化 [ J ] ．机 械工 程学 报 ，2 0 1 0 ， 4 6 1 7 1 4 01 4 4 ． [ 9 ] J U N C S ， C H A K， L E E Y S ． O p t i mi z i n g t o o l o ri e n t a t i o n s f o r 5 - axi s ma c h i n i n g b y c o n f i g u r a t i o n s p a c e s e a r c h m e t h o d [ J ] ． C o m p u t e r A i d e d D e s i g n ， 2 0 0 3 ， 3 5 6 5 4 9 5 6 6 ． [ 1 0 ]C A S T A G N E T r I C ， D U C E， R A Y P ． T h e d o m a i n o f a d m i s s i bl e o rie n t a t i o n c o n c e p t A n e w me t ho d f o r fiv e a x i s t o o l p a t h o p t i m i z a t i o n[ J ] ．C o m p u t e r A i d e d D e s i g n ，2 0 0 8 ， 4 0 9 9 3 8 9 5 0 ． [ 1 1 ] A ． Y u e n ， K ． Z h a n g ， Y ． A l t i n t a s ． S m o o t h t r a j e c t o ry g e n e r a t i o n f o r fi v e ． axi s ma c h i n e t o o l s ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Ma c hi n e To o l s＆ Ma nu f a c t ur e，2 01 3， 71 1 11 9． 编辑赵蓉